基于膜加湿的燃气锅炉余热回收净化系统的制作方法

本发明属于烟气余热回收与净化技术领域，尤其涉及一种基于膜加湿的燃气锅炉余热回收净化系统。

背景技术：

天然气是北京市供热的主要能源之一，但当前燃气锅炉存在两个问题亟待解决：一方面燃气锅炉排放的烟气冷凝余热没有得到充分利用；另一方面燃气锅炉烟气排放的氮氧化物尚未得到较好的净化处理。如果提高燃气锅炉余热利用效率和烟气净化效果，对实现集中供热节能和清洁大气环境质量有着重要的工程应用价值。目前采用天然气作为供热的主要能源还存在以下技术问题：

(1)燃气热水锅炉排放的烟气温度远高于其露点温度，使大量的水蒸气冷凝潜热随高温烟气排放掉，造成了热量的浪费。

(2)燃气锅炉氮氧化物的排放量偏高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种基于膜加湿的燃气锅炉余热回收净化系统，其特征在于，包括：烟气再循环装置2、膜式喷淋热质交换塔7、中介循环水换热器15；

所述烟气再循环装置2的一端与锅炉1相连接，另一端与膜式喷淋热质交换塔7相连，当锅炉烟气a通过风扇8后将再循环烟气b供应给烟气再循环装置2，烟气再循环装置2将再循环烟气b、燃气i、高温高湿助燃空气h三者混合为锅炉供气j后通入锅炉1，用于降低燃气锅炉烟气排放的氮氧化物含量；

所述膜式喷淋热质交换塔7由下至上分为三段，分别为储液池11，烟气—中介循环水换热段3和烟气—空气热质交换段5；所述储液池11底部设有中介循环水回路与排水换热回路；中介循环水回路由首尾连接的烟气—中介循环水换热段3和中介循环水经循环泵12构成，烟气—中介循环水换热段3顶部设有中介循环水入口，中介循环水经循环泵12从烟气—中介循环水换热段3顶部的中介循环水入口喷入，所述中介循环水经循环泵12从烟气—中介循环水换热段3顶部的喷淋装置喷入，中介循环水与喷淋段烟气d逆流直接接触换热；所述中介循环水换热器15与水质处理装置14和循环水泵13顺次连接，构成排水换热回路。

所述烟气—空气热质交换段5的内部设置有膜式热质交换装置6，用于回收锅炉烟气全热，烟气c自膜式喷淋热质交换塔7的烟气—空气热质交换段5底部通入，顶部排出，助燃空气g自膜式喷淋热质交换塔7的烟气—空气热质交换段5顶部进入，尾部排出，通入烟气e与助燃空气g进行热质交换之后排入大气。

所述水质处理装置14内盛有碱液，用于中和凝水内酸性成分。

所述中介循环水换热器15为壳管式换热器或板式换热器。

所述膜式热质交换装置6为疏水性中空纤维膜束组成的外压式膜组件，优选材料为聚砜。

所述膜式热质交换装置6为水平纵向排列的膜束，中温高湿状态烟气e在膜束外部流动，助燃空气g在膜束内部流动，水蒸气在膜内外压差推动下由膜外侧进入膜内侧，以实现中温高湿状态烟气e与助燃空气g的热质交换。

所述系统的工作过程为：锅炉烟气a通过风扇8将一部分烟气供应给烟气再循环装置2，烟气再循环装置2将再循环烟气b、燃气i、高温高湿助燃空气h三者混合为锅炉供气j后通入锅炉1，通过烟气再循环降低nox；另一部分烟气进入膜式喷淋热质交换塔7，先与中介循环水降温加湿达到饱和状态，再通过膜式热质交换装置6与助燃空气g进行热质交换，降温除湿后的烟气排入大气，助燃空气g经膜式热质交换装置6升温加湿后，与烟气换热后的中介循环水一部分经水泵继续与烟气换热，储液池11底部汇集的中介循环水经水质处理装置14后与热网回水换热。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明应用烟气再循环与加热加湿助燃空气可降低燃烧温度，降低燃烧产生的氮氧化物。

(2)本发明引入了低温、干燥的助燃空气g，大大降低了排烟温度与排烟含湿量，从而实现了烟气深度余热回收与消白。对助燃空气g加热加湿可提高燃烧产生的烟气的露点，便于后续设备进行余热回收。

(3)与传统喷淋式烟气喷淋、空气加湿装置相比，本发明结构、流程简单，减少了一个空气加湿塔，降低了机械装置的使用，提高了使用寿命。

(4)本装置中膜式喷淋热质交换塔7的烟气—中介循环水换热段3实现了对烟气的显热、潜热回收。烟气—空气热质交换段5的膜式热质交换装置6为疏水性中空纤维膜束组成的膜组件，膜式热质交换装置6的选择透过性可实现中温高湿烟气e的热、湿回收，又能实现对助燃空气g的加热加湿。

附图说明

附图1为本发明的的系统结构示意图；

附图标记：

1-锅炉；2-烟气再循环装置；3-烟气—中介循环水换热段；4-除雾网；5-烟气—空气热质交换段；6-膜式热质交换装置；7-膜式喷淋热质交换塔；8-文式管功能的风扇；9-储液池溢流口；10-储液池低温供水口；11-储液池；12-中介循环水泵；13-中介循环水换热泵；14-水质处理装置；15-中介循环水换热器；16-锅炉进水；

a-锅炉烟气、b-再循环烟气、c-进喷淋烟气、d-喷淋段烟气、e-中温高湿状态烟气、f-低温低湿烟气、g-助燃空气、h-高温高湿助燃空气、i-燃气、j-锅炉供气；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

附图1为本发明的系统结构示意图，如图1所示，包括：烟气再循环装置2、膜式喷淋热质交换塔7、中介循环水换热器15；

所述烟气再循环装置2的一端与锅炉1相连接，另一端与膜式喷淋热质交换塔7相连，当锅炉烟气a通过风扇8后将再循环烟气b供应给烟气再循环装置2，烟气再循环装置2将再循环烟气b、燃气i、高温高湿助燃空气h三者混合为锅炉供气j后通入锅炉1，用于降低燃气锅炉烟气排放的氮氧化物含量；

所述膜式喷淋热质交换塔7由下至上分为三段，分别为储液池11，烟气—中介循环水换热段3和烟气—空气热质交换段5；所述储液池11底部设有中介循环水回路与排水换热回路；中介循环水回路由首尾连接的烟气—中介循环水换热段3和中介循环水经循环泵12构成，烟气—中介循环水换热段3顶部设有中介循环水入口，所述中介循环水经循环泵12从烟气—中介循环水换热段3顶部的喷淋装置喷入。中介循环水与喷淋段烟气d逆流直接接触换热；所述中介循环水换热器15与水质处理装置14和循环水泵13顺次连接，构成排水换热回路。

具体的，所述烟气—空气热质交换段5的内部设置有膜式热质交换装置6，用于回收锅炉烟气全热，烟气c自膜式喷淋热质交换塔7的烟气—空气热质交换段5底部通入，顶部排出，助燃空气g自膜式喷淋热质交换塔7的烟气—空气热质交换段5顶部进入，尾部排出，通入烟气e与助燃空气g进行热质交换之后排入大气。

具体的，所述水质处理装置14内盛有碱液，用于中和凝水内酸性成分。

具体的，所述中介循环水换热器15为壳管式换热器或板式换热器。

具体的，所述膜式热质交换装置6为疏水性中空纤维膜束组成的外压式膜组件，优选材料为聚砜。

具体的，所述膜式热质交换装置6为水平纵向排列的膜束，中温高湿状态烟气e在膜束外部流动，助燃空气g在膜束内部流动，水蒸气在膜内外压差推动下由膜外侧进入膜内侧，以实现中温高湿状态烟气e与助燃空气g的热质交换。

该系统在工作时的工作流程如下：

(1)烟气流程：燃气锅炉1燃烧后产生的烟气a经具有文式管功能的风扇8后分为两股，再循环烟气b在烟气再循环装置2与高温高湿助燃空气h及燃料气i混合后通回锅炉1，实现降低炉膛温度减少nox排放，其中具有文式管功能的风扇8优选具备无级调节功能可依照锅炉1负荷变化自动调节再循环烟气b的流量；优选的，所述烟气再循环装置2为防液击风机；烟气c自膜式喷淋热质交换塔7底部通入，在烟气—中介循环水换热段3与自烟气—中介循环水换热段3顶部喷下的中介循环水直接逆流接触，烟气d在上升过程降温加湿，达到饱和状态，降温加湿后的烟气d继续向上流动通过除雾网4后进入烟气—空气换热段5膜式热质交换装置6的膜束外侧，与自烟气—空气换热段5顶部进入膜式热质交换装置6膜束内侧的助燃空气g间接逆接触，中温高湿状态烟气e自下而上通过水平纵向排列的膜束，在膜束内外压差的推动下中温高湿状态烟气e中的水蒸气沿膜束内部的空隙流入助燃空气g中加热加湿助燃空气g；优选的，所述膜式热质交换装置6中的膜材料为疏水性中空纤维膜束组成的外压式膜组件，优选材料为聚砜(psf)，膜束成水平纵向布置，实现助燃空g气与中温高湿烟气e的梯级换热降低不可逆热损失。降温除湿后的低温低湿烟气f自烟气—空气换热段5顶部排出，送入大气。

(2)助燃空气流程：助燃空气g自膜式喷淋热质交塔7顶部一侧进入塔内烟气—空气热质交换段5的膜式热质交换装置6的膜束内侧，与自烟气—空气热质交换段5底部进入膜式热质交换装置6中膜束外侧的中温高湿烟气e热质交换，升温加湿后的助燃空气g自烟气—空气换热段5底部一侧出口的排出膜式喷淋热质交塔7，通过液滴—空气分离装置，优选的采用挡水板或密织的金属除雾织网，燃料气i、再循环烟气b及高温高湿助燃空气于烟气再循环装置2处混合通入燃气锅炉1内。优选的，其中所述烟气—空气交换段5的空气进出口为异侧排布。

(3)中介循环水流程：供应至膜式喷淋热质交塔7烟气—中介循环水换热段3顶部的低温中介循环水，从烟气—中介循环水换热段3顶部雾化喷头喷入，与自下而上的c烟气逆流直接接触换热，被烟气c加热后落入烟气—中介循环水换热段底3部的储液池11，其中所述雾化喷头优选圆锥形雾化喷嘴，以实现用最低的喷淋高度覆盖烟气—中介循环水换热段3，优选的，其中所述烟气—中介循环水换热3段设置两层喷头。储液池11底部有四处孔口，其中一处孔口连接中介循环水泵12，中介循环水加压后自烟气—中介循环水换热段3顶部经喷嘴喷入塔内与烟气c换热；另一处孔口管路依次连接中介循环水换热泵13，水质处理装置14，中介循环水换热器15，高温中介循环水依次经过以上装置与锅炉进水16换热，降温后返回储液池11，优选的，其中所述中介循环水换热器15为板式换热器或壳管式换热器，剩余两处分别为储液池溢流口9与储液池低温供水口10。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。